Evaluación de las propiedades ópticas, eléctricas y estructurales de películas delgadas del compuesto CsxMA(1-x)PbI3 para su uso como capa activa en celdas solares híbridas con estructura tipo perovskista

Abstract

Esta tesis presenta aportes relacionados con síntesis y optimización de propiedades de uno de los materiales actualmente más estudiados para la fabricación de las llamadas celdas solares híbridas basadas en compuestos organometálicos con estructura perovskita; estos estudios contribuyen al desarrollo de un programa de investigación que se lleva a cabo actualmente en el Grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar (GMS and ES) del departamento de Física de la facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia, cuya meta es el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos basados en materiales de bajo costo y bajo impacto ambiental. El énfasis de este trabajo de tesis es el análisis de la sustitución del ion metilamonio por el ion cesio en el yoduro de plomo y metilamonio (CH3NH3PbI3), material usado como capa absorbente en este tipo de dispositivos. A partir de una caracterización por difracción de rayos x, espectroscopia UV-VIS-NIR y corriente estimulada térmicamente (TSC) se encontró que la sustitución se da de manera efectiva cuando se sustituye menos del 15% del ion metilamonio por cesio y que por encima de esta cantidad el cesio forma otro compuesto. Además, se encontró que esta sustitución tiene efectos en el valor de energía de brecha prohibida (gap) del material, así como en sus propiedades estructurales y eléctricas.

Abstract: This thesis work presents contributions related to synthesis and optimization of properties of one of the materials currently most studied for the manufacture of so-called hybrid solar cells based on organometallic compounds with perovskite structure; these studies contribute to the development of a research program that is currently taking place in the Group of semiconductor materials and solar energy (GMS and ES) of the Physics Department of the Faculty of Sciences of the National University of Colombia, whose goal is the development of photovoltaics devices based on materials of low cost and low environmental impact. The emphasis of this thesis work is the analysis of the substitution of the methylammonium ion by the cesium ion in methylammonium lead iodide (CH3NH3PbI3), material used as absorber layer in this type of devices. From a characterization by X-ray diffraction, spectroscopy UV-VIS-NIR and thermally stimulated current (TSC), it was found that the substitution is given effectively when it replaces less than 15% of the methylammonium ion per cesium and that above this quantity the cesium forms another compound. In addition, it was found that this substitution has effects on the value of the energy gap Eg of the material, as well as in its structural and electrical properties.